陜北神府礦區(qū)地下水污染評(píng)價(jià)

， ，

(1.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西 西安 710054；2.陜西省土體工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710054；3.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和深入進(jìn)行，在陜北地區(qū)進(jìn)行的各種工程建設(shè)活動(dòng)日趨增多。無(wú)論哪種工程建設(shè)，都不可避免地涉及到地下水的利用問(wèn)題，預(yù)防地下水污染和合理開(kāi)發(fā)利用地下水可為國(guó)家節(jié)約大量能源和資金。地下水污染因其復(fù)雜性、隱蔽性、滯后性、昂貴性，所以對(duì)地下水污染評(píng)價(jià)的研究具有的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義甚為廣遠(yuǎn)。研究成果對(duì)于促進(jìn)陜北煤炭基地的健康發(fā)展，保護(hù)陜北脆弱的生態(tài)環(huán)境十分有益。以陜北具有代表意義的神府礦區(qū)為例，通過(guò)對(duì)地下水污染現(xiàn)狀野外調(diào)查，采集水樣，室內(nèi)、室外分析化驗(yàn)，分析地下水水污染原因并進(jìn)行區(qū)劃評(píng)價(jià)。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

1.1 地下水的賦存情況與分布規(guī)律

神府礦區(qū)地下水分為四類(lèi)：(1)第四系松散巖類(lèi)孔隙，(2)裂隙孔洞潛水，(3)中生界碎屑巖類(lèi)裂隙潛水，(4)裂隙承壓水。第四系潛水按地區(qū)分為沙漠灘地區(qū)—以上更新統(tǒng)沖湖積層為主的孔隙潛水、河谷區(qū)—全新統(tǒng)沖積層孔隙潛水、丘陵區(qū)—以中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土為主的裂隙孔洞潛水。

神府礦區(qū)的特點(diǎn)是河谷地區(qū)分布面積小、厚度變化較大，地下水賦存條件較好；丘陵區(qū)地勢(shì)相對(duì)較高，巖性致密，溝谷深切，不利于地下水賦存；地勢(shì)平坦的沙漠灘地區(qū)，沖湖積堆積物厚度較大，分布連續(xù)，有利于大氣降水入滲補(bǔ)給及地下水賦存；中生界碎屑巖類(lèi)除燒變巖裂隙孔洞發(fā)育有利于地下水賦存外，其余地下水賦存條件差。含水介質(zhì)主要為四類(lèi)：第四系全新統(tǒng)沖積砂礫卵石、砂、粉土層，第四系上更新統(tǒng)風(fēng)湖積中細(xì)砂層，以及三疊系、侏羅系砂泥巖風(fēng)化帶、侏羅系燒變巖層。

1.2 地下水補(bǔ)、徑、排特征

神府礦區(qū)獨(dú)特的地質(zhì)地貌條件決定了地下水補(bǔ)、徑、排特征。潛水主要受大氣降水入滲補(bǔ)給，同時(shí)還接受部分層間水和凝結(jié)水補(bǔ)給，以及灌溉水與河水的入滲補(bǔ)給。區(qū)域地形主要控制神府礦區(qū)的徑流方向，進(jìn)而受地貌形態(tài)的影響，總體一般由北向南運(yùn)動(dòng)，分為深部循環(huán)系統(tǒng)和淺部循環(huán)系統(tǒng)。深部循環(huán)系統(tǒng)和區(qū)域地下水運(yùn)動(dòng)方向一致，淺部水一般由地勢(shì)較高區(qū)域向河谷區(qū)和盆地中心徑流。區(qū)內(nèi)潛水的排泄方式主要以泉或潛流形式，其次為垂?jié)B和蒸發(fā)方式。不穩(wěn)定隔水層導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)形成局部性承壓水，沒(méi)有統(tǒng)一的補(bǔ)給區(qū)，具有多層性，主要在河間區(qū)接受大氣降水經(jīng)由潛水垂直入滲補(bǔ)給，由北向南徑流，排泄于河谷中。

1.3 地下水水化學(xué)特征

地下水在徑流過(guò)程中，由于水、巖與地下周?chē)橘|(zhì)的不斷相互作用，地下水運(yùn)動(dòng)不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致了地下水中的化學(xué)成分發(fā)生變化。因此，為了掌握地下水的循環(huán)規(guī)律，必須通過(guò)對(duì)水化學(xué)數(shù)據(jù)的分析，探尋地下水的賦存環(huán)境、物質(zhì)交換及徑流途徑的重要信息。

神府礦區(qū)內(nèi)，地下水中的主要陰離子組成為：HCO3-、SO42-、Cl-，通過(guò)對(duì)神府礦區(qū)地下水水化學(xué)成分特征值的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果反映的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)偏度相差較大，偏度較大離子以Cl-、NO2-、COD、F-和Cr6+為主，所有變量的偏度值均大于0，最終直觀表現(xiàn)為概率密度函數(shù)出現(xiàn)了極端異常值，可以推斷神府礦區(qū)地下水局部出現(xiàn)污染。

2 地下水污染評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)中西部地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目的要求，地下水污染程度的評(píng)價(jià)方法為層級(jí)階梯法。具體方法為在地下水質(zhì)量層級(jí)階梯評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，將地下水的污染的評(píng)價(jià)指標(biāo)分為無(wú)機(jī)毒理和微量有機(jī)，并且劃分為四級(jí)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法對(duì)地下水環(huán)境背景值進(jìn)行研究。根據(jù)本區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，選用八種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)常規(guī)指標(biāo)：TH、TDS、Cl-、SO42-、Fe、Mn，耗氧量、NH4—N，以及檢出的五項(xiàng)無(wú)機(jī)毒理組分：NO2—N、NO3—N、F-、Cr6+、Mo進(jìn)行背景值研究，進(jìn)一步分析評(píng)價(jià)該地區(qū)地下水受人類(lèi)活動(dòng)影響的程度。

2.2 地下水污染現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)大部分的河流受到不同程度的污染，污染最重的為窟野河，是企業(yè)污水不經(jīng)任何處理直接排放到河水中引起的，其中氨氮超標(biāo)指數(shù)達(dá)到250倍之高。污染嚴(yán)重地段在錦界工業(yè)園區(qū)附近，這一段河水屬于重度污染，紅堿淖主要受石油類(lèi)、高錳酸鉀指數(shù)以及氨氮污染物的污染。

神府礦區(qū)煤炭資源的大量開(kāi)采也給當(dāng)?shù)貛?lái)了很多隱患，礦區(qū)工礦企業(yè)地區(qū)的地表巖性大多以粉砂和粉土為主，包氣帶巖性結(jié)構(gòu)疏松，地下水位埋深較小，潛水含水層滲透系數(shù)大，防護(hù)能力較差，地下水易受污染。礦區(qū)的煤礦開(kāi)發(fā)、煤電、蘭炭煉焦、煤化工等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢氣、廢水、固體廢物給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成重大問(wèn)題，特別對(duì)地下水質(zhì)量安全造成了威脅，其次農(nóng)業(yè)污染的主要類(lèi)型為面源污染，污染物大部分來(lái)源于農(nóng)田施肥、農(nóng)藥、畜禽養(yǎng)殖。

2.3 區(qū)域地下水污染評(píng)價(jià)

地下水污染級(jí)別按照評(píng)價(jià)方法劃分為四級(jí)，其中未污染水22組，占評(píng)價(jià)總?cè)訑?shù)29.3%；劣變水30組，占評(píng)價(jià)總?cè)訑?shù)40%；輕度污染水15組，占評(píng)價(jià)總?cè)訑?shù)20%；重度污染水8組，占評(píng)價(jià)總?cè)訑?shù)10.7%。導(dǎo)致神府礦區(qū)產(chǎn)生地下水污染的主要指標(biāo)有硝酸根、氟離子，其次為亞硝酸鹽、六價(jià)鉻和鉬。評(píng)價(jià)結(jié)果較直觀地表明：(1)神府礦區(qū)僅有29.3%的地下水沒(méi)有被污染，40%的地下水開(kāi)始發(fā)生劣變，30.7%的地下水已受到不同程度的點(diǎn)狀污染；(2)輕度污染和重度污染地下水點(diǎn)的空間分布與區(qū)內(nèi)煤礦開(kāi)采、煤電和煤化工企業(yè)的布局具有明顯的相關(guān)性，在輕度污染點(diǎn)和重度污染點(diǎn)周?chē)哂形廴驹捶植?見(jiàn)圖1和圖2)。

圖1 神府礦區(qū)地下水污染評(píng)價(jià)圖

圖2 神府礦區(qū)地下水無(wú)機(jī)毒理指標(biāo)

圖3 神府礦區(qū)地下水污染指標(biāo)影響程度

3 地下水污染影響指標(biāo)成因分析

神府礦區(qū)地下水污染的影響指標(biāo)為NO3—N、NO2—N、F-、Mo和Cr6+。其中：NO3—N影響程度為65.2%，F(xiàn)-影響程度為26.1%，NO2—N影響程度為13%、Cr6+和Mo的影響程度均為4.3%。影響區(qū)內(nèi)重度污染地下水的指標(biāo)為NO3—N、F-、NO2—N，影響輕度污染地下水的指標(biāo)為NO3—N、F-、NO2—N、Cr6+和Mo(見(jiàn)圖3～圖5)。

從“三氮”污染點(diǎn)空間分布圖(圖6)上可以看出，神府礦區(qū)地下水“三氮”污染點(diǎn)與人類(lèi)活動(dòng)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。神府礦區(qū)地下水中氟離子含量較高主要與原生水文地質(zhì)環(huán)境有關(guān)，其次受人類(lèi)活動(dòng)的影響。

圖4 神府礦區(qū)輕度污染地下水影響指標(biāo)

圖5 神府礦區(qū)重度污染地下水影響指標(biāo)

圖6 神府礦區(qū)地下水NO3-N含量與取樣深度關(guān)系圖

圖7 神府礦區(qū)地下水pH值與F-關(guān)系圖

圖8 神府礦區(qū)地下水Na+值與F-關(guān)系圖

神府礦區(qū)地下水F-的含量與人類(lèi)活動(dòng)關(guān)系較密切，超標(biāo)的6個(gè)點(diǎn)周?chē)加忻黠@潛在污染源分布，位于神木縣中雞鎮(zhèn)李家畔村一床上用品洗滌廠的調(diào)查點(diǎn)，為清洗用水井，井水的F-含量為1.5 mg/L；位于神木縣店塔鎮(zhèn)沙渠村村民生活用水井，F(xiàn)-含量為3.8 mg/L，周?chē)型跛旱V隨意堆放的煤矸石和粉煤灰，地表無(wú)任何防滲措施；位于神木縣大柳塔鎮(zhèn)劉石畔村選煤廠附近水井，F(xiàn)-含量9.6 mg/L(見(jiàn)圖7～圖9)。

圖9 神府礦區(qū)地下水Ca2+值與F-關(guān)系圖

圖10 神木縣中雞鎮(zhèn)李家畔村洗滌廠用水井

圖11 神木縣店塔鎮(zhèn)沙渠村村民生活用水井

圖12 神木大柳塔鎮(zhèn)劉石畔村選煤廠附近的村民生活用水井

神府礦區(qū)微量有機(jī)指標(biāo)檢出率較高(檢出率40.3%)，特別是苯系物，檢出率占總檢出指標(biāo)的92.9%，雖然各檢出組分都沒(méi)有超過(guò)Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但地下水中有機(jī)物的廣泛出現(xiàn)，說(shuō)明了神府礦區(qū)地下水的質(zhì)量已在受到人類(lèi)活動(dòng)所引起的有機(jī)污染。隨著工礦企業(yè)特別是煤電、煤化工企業(yè)的不斷發(fā)展，有機(jī)化合物的使用越來(lái)越廣泛，在人類(lèi)生存的環(huán)境中隨處可在，進(jìn)而地下水的有機(jī)污染會(huì)變得越來(lái)越重(見(jiàn)圖10～圖13)。

4 區(qū)域地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

4.1 地下水污染指數(shù)

對(duì)地下水防污性能分區(qū)圖和污染源分級(jí)圖進(jìn)行疊加得到神府礦區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)圖。

地下水污染風(fēng)險(xiǎn)高的的區(qū)域：主要包括西部沙漠灘地區(qū)、禿尾河和窟野河河谷區(qū)及較大的支溝中，這類(lèi)地區(qū)的污染主要來(lái)自工礦企業(yè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鎮(zhèn)居民生活的廢水和廢棄物，屬人口密集區(qū)和工況企業(yè)密集區(qū)，人類(lèi)活動(dòng)頻繁，各類(lèi)污染物排放較多。污染最嚴(yán)重的是煤礦開(kāi)采和煤化工企業(yè)，煤礦、煤化工企業(yè)幾乎遍布整個(gè)調(diào)查區(qū)，廢氣、粉塵在大氣中飄動(dòng)；煤矸石、粉煤灰、礦渣隨處可見(jiàn)(只有大的礦區(qū)有特定的矸石堆放場(chǎng)所和掩埋、復(fù)墾措施，中小型礦區(qū)的矸石大多為繞礦區(qū)周?chē)S意堆放，更沒(méi)采取、防滲、掩埋和復(fù)墾措施)；礦坑水、生產(chǎn)與生活污水肆意的排放到附近的未利用土地和河溝之中，烏蘭木倫河、悖牛川、窟野河、禿尾河兩側(cè)河堤上隨處可見(jiàn)排污管晝夜不停地排放著污水。

圖13 孫家岔鎮(zhèn)蘇家塔村小型塑料加工廠

地下水污染風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域：主要包括禿尾河河谷盆地及兩側(cè)灘地中、烏蘭木倫河以東、大柳塔以北的沙漠灘地區(qū)。沙漠灘地區(qū)地形平坦，地下水位埋深小，包氣帶和含水層結(jié)構(gòu)疏松、滲透能力強(qiáng)，污染物易滲透入到地下水含水層。污染源類(lèi)型分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)為煤礦、煤化工企業(yè)及城區(qū)的固體廢物(矸石、粉煤灰、灰渣、生活垃圾等)的污染；第二類(lèi)為煤礦、煤化工企業(yè)及城區(qū)的污水排放。

地下水污染風(fēng)險(xiǎn)中等的區(qū)域：主要分布在研究區(qū)內(nèi)沙蓋黃土梁峁地區(qū)。以上地區(qū)局部有工礦企業(yè)分布，包氣帶具有細(xì)顆粒的雙層巖性結(jié)構(gòu)，區(qū)內(nèi)地下水埋深較大，地表支離破碎，坡度較大，補(bǔ)給量也較小，所以不易受到外界污染物的影響，地下水防污性能較好，所以地下水受污染的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

地下水污染風(fēng)險(xiǎn)較低的區(qū)域：主要分布在調(diào)查區(qū)東南部的黃土梁峁區(qū)，區(qū)內(nèi)地下水埋深大，包氣帶具有一定的凈化能力；區(qū)內(nèi)基本無(wú)污染型工業(yè)分布，黃土梁峁區(qū)的谷坡上分布有較大面積的耕地，但由于地表坡度較大，所施用的農(nóng)藥化肥等易隨降水流入溝谷，所以，農(nóng)業(yè)污染源對(duì)黃土梁峁區(qū)地下水污染相對(duì)較小，地下水被污染的風(fēng)險(xiǎn)性低。

4.2 地下水污染防治區(qū)劃

神府礦區(qū)地下水污染防治區(qū)劃分為兩區(qū)和一類(lèi)修復(fù)治理點(diǎn)，即：防控區(qū)、一般防護(hù)區(qū)和一類(lèi)污染修復(fù)治理點(diǎn)。神府礦區(qū)地下水污染防控區(qū)包括正在開(kāi)發(fā)中的和已勘探未開(kāi)采的集中供水水源地；神府礦區(qū)一般防護(hù)區(qū)為地下水系統(tǒng)防污染性能好和較好、地下水基本未污染、供水量小且分散分布的地區(qū)；地下水已出現(xiàn)明顯毒理指標(biāo)污染及有機(jī)物檢出的地點(diǎn)確定為修復(fù)治理點(diǎn)。在對(duì)于不能歸到上述分區(qū)的部分區(qū)域，根據(jù)實(shí)際情況細(xì)劃為過(guò)渡區(qū)，或歸入相近區(qū)內(nèi)。

4.3 地下水污染防治對(duì)策

地下水污染防治對(duì)策的確立方針為預(yù)防為主、防治結(jié)合，需要采取措施積極控制已有污染，防止水質(zhì)的進(jìn)一步惡化；對(duì)有發(fā)生污染隱患的區(qū)域要采取有力措施，防止新的污染產(chǎn)生，全面保護(hù)地下水資源。針對(duì)神府礦區(qū)提出具體的防治對(duì)策有以下幾點(diǎn)：

(1)推行清潔生產(chǎn)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈；采取有效措施加大“三廢”治理，加強(qiáng)水污染的預(yù)防，保護(hù)水資源與生態(tài)環(huán)境；

(2)積極開(kāi)展地下水防污知識(shí)宣傳，樹(shù)立節(jié)水觀念，增強(qiáng)公眾環(huán)保意識(shí)；

(3)建立地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

(4)綜合治理，著力控制污染源。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)陜北具有代表意義的神府礦區(qū)地下水污染現(xiàn)狀研究調(diào)查，采集水樣，室內(nèi)、室外分析化驗(yàn)，對(duì)地下水水污染進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用層級(jí)階梯對(duì)地下水污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并按無(wú)機(jī)毒理指標(biāo)和微量有機(jī)指標(biāo)將地下水的污染劃分為四級(jí)，作出地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)圖。結(jié)果表明：神府礦區(qū)地下水主要污染來(lái)源于工礦企業(yè)生產(chǎn)和生活廢物，全區(qū)大部分地區(qū)污染程度為中等偏高，污染程度高的地區(qū)沿地下水水流方向的上游分布著較多重污染型企業(yè)，說(shuō)明導(dǎo)致地下水污染的原因除生活污染外，工礦企業(yè)已經(jīng)對(duì)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)局部地下水造成了不同程度的影響。

最終提出陜北神府礦區(qū)地下水污染防治對(duì)策，利用市場(chǎng)機(jī)制和經(jīng)濟(jì)杠桿作用，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，改善用水結(jié)構(gòu)，促進(jìn)用水效率的提高，并為水資源可持續(xù)利用保駕護(hù)航。